New Phytologist | 山东农业大学研究团队揭示Rab5蛋白调控花粉管穿过花柱的生长过程

被子植物的有性生殖是一种进化创新，它赋予了基因组稳定性和多样性。花粉管生长是被子将不能移动的精细胞运送到胚囊中完成双受精植物，是有性生殖的先决条件。花粉管生长需要大量物质和能量的维持。大量分泌囊泡为花粉管生长提供构建物质，质膜上的内吞过程平衡过量膜物质，从而实现膜稳态。此外，花粉管富含动态的管状液泡，液泡运输途径与质膜上的膜动态相互协同又彼此拮抗。

植物细胞存在三条主要的液泡运输途径，分别由AP-3，Rab5-Rab7接续，以及Rab5介导。山东农业大学张彦/李厦教授团队前期报道了AP-3功能丧失对于花粉管生长以及植物育性的影响（Feng et al., 2018, Plant Physiol）。然而，负责另外两条液泡运输途径的Rab5蛋白是否在花粉管生长中发挥功能尚不清楚。

近期，该团队在New Phytologist在线发表了题为Canonical Rab5 GTPases are essential for pollen tube growth through style in Arabidopsis的研究论文，报道了Rab5蛋白通过介导液泡运输途径，影响质膜上膜动态，从而调控花粉管穿过花柱的生长。

作者通过GUS和Aniline blue标记以及花粉管半体内（Semi-in-vivo）生长实验，发现rha1;ara7双突花粉管无法正常穿过花柱；进一步研究发现Rab5介导的液泡运输途径被阻断，导致液泡体积明显减小，形态异常；液泡是质子储存的关键细胞器，通过pHLuorin标记胞质酸碱度，发现rha1;ara7花粉管具有更低的pH；胞质的pH稳态丧失导致花粉管顶端微丝紊乱且数量较少，外泌囊泡在花粉管亚顶端聚集，无法迅速与顶端质膜融合；FM4-64标记的内吞速率也明显降低，表明质膜上的膜动态异常。由Rab5基因突变引发以上多种胞内活动的缺陷，从而阻碍了花粉管穿过花柱的生长过程。

图1. 经典Rab5成员RHA1和ARA7功能缺失导致花粉管不能穿过花柱

上述结果表明，Rab5介导的液泡运输途径不仅影响液泡发生及动态，还参与质膜稳态，在花粉管穿透花柱的生长过程中发挥着关键作用。

图2. RHA1和ARA7功能缺失通过影响胞质pH阻断了质膜运输过程

山东农业大学郝广九博士为本文第一作者，李鲁申博士、赵新英博士、硕士毕业生英俊以及浙江农林大学的沈锦波教授和福建农林大学海峡联合研究院的周翔副教授也参与了该项研究，南开大学张彦教授和山东农业大学李厦教授为本文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金的资助。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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